Photocapteurs et leur application

Que sont les photocapteurs

Dans divers appareils électroniques, appareils d'automatisation domestiques et industriels, diverses conceptions de radio amateur photocapteurs sont très largement utilisés. Quiconque a déjà démonté une vieille souris d'ordinateur, comme on l'appelait une «komovskaya», avec une balle à l'intérieur, doit avoir vu des roues avec des fentes tourner dans les fentes des photocapteurs.

Ces photocapteurs sont appelés interrupteurs photo - interrompre le flux de lumière. D'un côté d'un tel capteur se trouve une source - LEDen règle générale, infrarouge (IR), avec un autre phototransistor (pour être plus précis, deux phototransistors, dans certains modèles de la photodiode, pour déterminer également le sens de rotation). Lorsque la roue tourne avec des fentes à la sortie du photocapteur, des impulsions électriques sont obtenues, qui sont des informations sur la position angulaire de cette roue elle-même. Ces appareils sont appelés encodeurs. De plus, l'encodeur peut être juste un contact, souvenez-vous de la molette d'une souris moderne!

Les photo-interrupteurs sont utilisés non seulement chez les «souris» mais aussi dans d'autres appareils, par exemple les capteurs de vitesse d'un certain mécanisme. Dans ce cas, un seul photocapteur est utilisé, car il n'est pas nécessaire de déterminer le sens de rotation.

Si, pour une raison quelconque, le plus souvent pour la réparation, montez dans d'autres appareils électroniques, des capteurs photo peuvent être trouvés dans les imprimantes, les scanners et les copieurs, dans les lecteurs de CD, dans les lecteurs de DVD, les magnétoscopes, les caméscopes et autres équipements.

Que sont donc les photocapteurs et quels sont-ils? Il suffit de voir, sans entrer dans la physique des semi-conducteurs, ne pas comprendre les formules et ne pas prononcer des mots incompréhensibles (recombinaison, résorption de porteurs minoritaires), qui s'appelle «sur les doigts», comment fonctionnent ces photocapteurs.

Figure 1. Interrupteur photo

Photorésistance

Tout est clair avec lui. Comme une résistance constante ordinaire a une résistance ohmique, le sens de connexion dans le circuit ne joue aucun rôle. Contrairement à une résistance constante, elle modifie la résistance sous l'influence de la lumière: lorsqu'elle est éclairée, elle diminue plusieurs fois. Le nombre de ces «temps» dépend du modèle de la photorésistance, principalement de sa résistance à l'obscurité.

Structurellement, les photorésistances sont un boîtier métallique avec une fenêtre en verre à travers laquelle une plaque de couleur grisâtre avec une piste en zigzag est visible. Les modèles ultérieurs ont été réalisés dans un boîtier en plastique avec un dessus transparent.

La vitesse des photorésistances est faible, elles ne peuvent donc fonctionner qu'à très basses fréquences. Par conséquent, dans les nouveaux développements, ils ne sont presque jamais utilisés. Mais il arrive que lors de la réparation de vieux équipements, ils devront se rencontrer.

Pour vérifier la santé de la photorésistance, il suffit de vérifier sa résistance avec un multimètre. En l'absence d'éclairage, la résistance doit être grande, par exemple, la photorésistance SF3-1 a une résistance à l'obscurité selon les données de référence de 30MOhm. S'il est allumé, la résistance chutera à quelques KOhms. L'aspect de la photorésistance est illustré à la figure 2.

Figure 2. Photorésistance SF3-1

Photodiodes

Très similaire à une diode de redressement conventionnelle, sinon pour la propriété de réagir à la lumière. Si vous le «faites sonner» avec un testeur, il est préférable d'utiliser un interrupteur à jour, puis en l'absence d'éclairage, les résultats seront les mêmes que dans le cas d'une diode conventionnelle: dans le sens avant, l'appareil montrera une petite résistance, et dans le sens opposé, la flèche de l'appareil se déplacera à peine.

Ils disent que la diode est allumée dans le sens opposé (ce point doit être rappelé), donc le courant ne le traverse pas. Mais, si dans cette inclusion la photodiode est allumée avec une ampoule, alors la flèche se précipitera brusquement vers le zéro.Ce mode de fonctionnement de la photodiode est appelé photodiode.

La photodiode a également un mode de fonctionnement photovoltaïque: lorsque la lumière la frappe, elle, comme batterie solaire, produit une tension faible qui, si elle est renforcée, peut être utilisée comme signal utile. Mais, le plus souvent, la photodiode est utilisée en mode photodiode.

Les photodiodes de l'ancienne conception en apparence sont un cylindre métallique à deux fils. D'un autre côté, il y a une lentille en verre. Les photodiodes modernes ont un boîtier en plastique transparent, exactement comme les LED.

Fig. 2. Photodiodes

Phototransistors

En apparence, ils sont tout simplement indiscernables des LED, le même boîtier est en plastique transparent ou un cylindre avec un verre à la fin, et il y a deux sorties - un collecteur et un émetteur. Le phototransistor ne semble pas avoir besoin d'une sortie de base, car le signal d'entrée pour cela est le flux lumineux.

Cependant, certains phototransistors ont toujours une sortie de base, qui, en plus de la lumière, permet également de contrôler électriquement le transistor. Cela peut être trouvé dans certains optocoupleurs à transistors, par exemple, AOT128 et 4N35 importés, qui sont essentiellement des analogues fonctionnels. Une résistance est connectée entre la base et l'émetteur du phototransistor pour couvrir légèrement le phototransistor, comme le montre la figure 4.

Figure 3. Phototransistor

Notre optocoupleur "accroche" généralement 10-100KΩ, tandis que le "analogique" importé a environ 1MΩ. Si vous mettez même 100K, cela ne fonctionnera pas, le transistor est juste bien fermé.

Comment vérifier un phototransistor

Un phototransistor peut simplement être vérifié par un testeur, même s'il n'a pas de sortie de base. Lorsqu'un ohmmètre est connecté dans n'importe quelle polarité, la résistance de la section collecteur - émetteur est assez grande, car le transistor est fermé. Quand une lumière d'intensité et de spectre suffisants pénètre dans l'objectif, l'ohmmètre montrera une petite résistance - le transistor s'est ouvert, si, bien sûr, il était possible de deviner la polarité de la connexion du testeur. En fait, ce comportement ressemble à un transistor conventionnel, seulement il s'ouvre avec un signal électrique, et celui-ci avec un flux lumineux. En plus de l'intensité du flux lumineux, sa composition spectrale joue un rôle important. Pour les fonctionnalités de test des transistors, voir ici. 

Spectre lumineux

En règle générale, les photocapteurs sont réglés sur une longueur d'onde spécifique du rayonnement lumineux. S'il s'agit d'un rayonnement infrarouge, un tel capteur ne répond pas bien aux LED bleues et vertes, assez bonnes au rouge, à une lampe à incandescence et bien sûr aux infrarouges. Il n'accepte pas non plus la lumière des lampes fluorescentes. Par conséquent, la raison du mauvais fonctionnement du photocapteur peut simplement être un spectre inapproprié de la source de lumière.

Il a été écrit ci-dessus comment faire sonner une photodiode et un phototransistor. Ici, vous devez faire attention à une bagatelle aussi apparente que le type d'appareil de mesure. Dans un multimètre numérique moderne, en mode de continuité semi-conductrice, plus est au même endroit que lors de la mesure de la tension continue, c'est-à-dire sur le fil rouge.

Le résultat de la mesure sera la chute de tension en millivolts à la jonction p-n dans le sens direct. En règle générale, il s'agit de nombres compris entre 500 et 600, qui dépendent non seulement du type de dispositif semi-conducteur, mais également de la température. Avec l'augmentation de la température, ce chiffre diminue de 2 pour chaque degré Celsius, ce qui est dû au coefficient de température de résistance du TCS.

Lors de l'utilisation d'un testeur de pointeur, il faut se rappeler qu'en mode de mesure de résistance, la sortie positive est sur le moins en mode de mesure de tension. Avec de tels contrôles, il est préférable d'éclairer les capteurs photoélectriques avec une lampe à incandescence à courte distance.

Couplage du photocapteur avec un microcontrôleur

Récemment, de nombreux passionnés de radio se sont beaucoup intéressés à la conception de robots. Le plus souvent, c'est quelque chose qui semble primitif, comme une boîte avec des piles sur roues, mais terriblement intelligent: entend tout, voit tout et contourne les obstacles.Il voit tout simplement à cause des phototransistors ou des photodiodes, et peut-être même des photorésistances.

Ici, tout est très simple. S'il s'agit d'une photorésistance, il suffit de la connecter, comme indiqué sur le schéma, et dans le cas d'un phototransistor ou d'une photodiode, pour ne pas confondre la polarité, les «sonner» en premier, comme décrit ci-dessus. Il est particulièrement utile de faire cette opération, si les pièces ne sont pas neuves, assurez-vous qu'elles conviennent. Connexion de différents capteurs photo à microcontrôleur montré dans la figure 4.

Figure 4. Schémas de connexion des photocapteurs à un microcontrôleur

Mesure de la lumière

Les photodiodes et phototransistors ont une faible sensibilité, une non-linéarité élevée et un spectre très étroit. L'application principale de ces appareils photo est de travailler en mode clé: on - off. Par conséquent, la création de photomètres sur eux est assez problématique, bien que plus tôt dans tous les photomètres analogiques, ils aient été utilisés précisément ces photocapteurs.

Mais heureusement, la nanotechnologie ne s'arrête pas, mais progresse à pas de géant. Pour mesurer l'illumination "là, ils" ont créé une puce spécialisée TSL230R, qui est un convertisseur programmable d'illumination - fréquence.

Extérieurement, l'appareil est une puce dans un boîtier DIP8 en plastique transparent. Tous les signaux d'entrée et de sortie de niveau sont compatibles avec la logique TTL-CMOS, ce qui facilite le couplage du convertisseur avec n'importe quel microcontrôleur.

À l'aide de signaux externes, vous pouvez modifier la sensibilité de la photodiode et l'échelle du signal de sortie, respectivement, 1, 10, 100 et 2, 10 et 100 fois. La dépendance de la fréquence du signal de sortie de l'éclairage est linéaire, allant de fractions de hertz à 1 MHz. Les réglages d'échelle et de sensibilité sont effectués en fournissant des niveaux logiques à seulement 4 entrées.

Le microcircuit peut être introduit en mode de micro-consommation (5 μA) pour lequel il existe une conclusion distincte, bien qu'il ne soit pas particulièrement vorace en mode de fonctionnement. Avec une tension d'alimentation de 2,7 ... 5,5 V, la consommation de courant ne dépasse pas 2 mA. Pour le fonctionnement de la puce ne nécessite aucun cerclage externe, sauf que le condensateur de blocage pour l'alimentation.

En fait, il suffit de connecter un fréquencemètre au microcircuit et d'obtenir des lectures d'éclairage, enfin, apparemment, dans certains UE. Dans le cas de l'utilisation du microcontrôleur, en se concentrant sur la fréquence du signal de sortie, vous pouvez contrôler l'éclairage dans la pièce, ou tout simplement par le principe de "mise sous tension".

Le TSL230R n'est pas le seul photomètre. Les capteurs Maxim MAX44007-MAX44009 sont encore plus avancés. Leurs dimensions sont plus petites que celles du TSL230R, la consommation électrique est la même que celle des autres capteurs en mode veille. Le but principal de ces capteurs de lumière est l'utilisation dans des appareils alimentés par batterie.

Les photocapteurs contrôlent l'éclairage

L'une des tâches effectuées à l'aide de photocapteurs est contrôle d'éclairage. Ces régimes sont appelés relais photo, le plus souvent, il s'agit d'une simple inclusion de l'éclairage dans l'obscurité. À cette fin, de nombreux amateurs ont développé de nombreux circuits, dont certains seront examinés dans le prochain article.

Suite de l'article: Schémas de relais photo pour le contrôle de l'éclairage